تحلیل انرژی-ترمودینامیکی دو سیستم تبرید تراکمی با هدف تامین دو محدوده دمایی بالای صفر و پایین صفر درجه با مبردهای دوستدار محیط‌زیست در اقلیم‌های مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

3 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

چکیده
تحقیق حاضر به بررسی و تحلیل ترمودینامیکی دو سیستم تبرید تراکمی دو منظوره شامل سیستم با محفظه اختلاط و تانک ذخیره و سیستم تبرید آبشاری با کاربری در سردخانه‌ها با هدف تامین دو محدوده دمایی بالای صفر و زیر صفر می‌پردازد. هدف از این پژوهش بررسی میزان انرژی مصرفی سالانه سیستم‌های دو منظوره برودتی با مبردهای دوستدار محیط‌زیست و هم‌چنین بررسی پارامترهای موثر بر راندمان این سیستم‌ها می‌باشد. بررسی‌ها نشان داد که بهترین مبرد از لحاظ عملکردی در هر دو سیستم، مبرد R290 می‌باشد. سیستم دارای تانک ذخیره، راندمان بالاتری داشته و هم‌چنین میزان مصرف انرژی آن در مناطق گرم و مرطوب 30 درصد و در دیگر مناطق 20 درصد پایین‌تر از سیستم آبشاری می‌باشد. البته این سیستم به نسبت سیستم آبشاری محدودیت‌های بیشتری داشته و بسیاری از مبردها در آن به علت محدودیت‌های فشار قابل استفاده نیستند. مقایسه این دو سیستم نشان می‌دهد که با فرض ثابت بودن ظرفیت بار کل سردخانه، با افزایش بار حرارتی سالن‌های زیر صفر، مصرف انرژی هر دو سیستم افزایش پیدا می‌کند. همچنین مشخص گردید که سیستم آبشاری در اقلیم گرم و مرطوب 10درصد بیشتر از دو اقلیم دیگر انرژی مصرف می‌کند.

کلیدواژه‌ها


[1]   Eduard Lloret Font, Analysis and optimization of energy usage in Supermarkets, MS thesis. Universitat Politècnica de Catalunya, 2017.
[2] J. Arias, Energy Usage in Supermarkets: Modelling and Field Measurements, PhD Thesis, KTH University, 2005.
[3] I. Dincer, Refrigeration Systems and Applications, Third. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2017.
[4]  H. J. Dakkama, A. Elsayed, R. K. Al-Dadah, S. M. Mahmoud, and P. Youssef, “Investigation of Cascading Adsorption Refrigeration System with Integrated Evaporator-Condenser Heat Exchanger Using Different Working,Pairs,” Energy Procedia, Vol. 75, No. 1, pp.  1496-1501, 2015,doi: 10.1016/j.egypro.2015.07.285.
[5]  A. M. Dubey, S. Kumar, and G. Das Agrawal, “Thermodynamic analysis of a transcritical CO2/propylene (R744-R1270) cascade system for cooling and heating applications,”  Energy conversion and management. Vol. 86, No. 1, pp. 774-783, 2014, doi: 10.1016/j.enconman.2014.05.105.
[6]  V. Jain, S. S. Kachhwaha, and G. Sachdeva, “Thermodynamic performance analysis of a vapor compression-absorption cascaded refrigeration system,” Energy conversion and management, Vol. 75, No. 12, pp. 685-700, 2013, doi:10.1016/j.enconman.2013.08.024. {Carey, 1998 #8}
 [7] M. R. Ally, V. Sharma, and K. Nawaz, “Options for low-global-warming-potential and natural refrigerants part I: Constrains of the shape of the P–T and T–S saturation phase boundaries,” International Journal of Refrigeration,Vol. 106, No. 6, pp. 144-152, 2019.
[8] Y. T. Ge and S. A. Tassou, “Thermodynamic analysis of transcritical CO2 booster refrigeration systems in supermarket,” Energy Conversion and Management, Vol. 52, No. 4, pp.1868-1875, 2011. doi: 10.1016/j.enconman.2010.11.015.
 [9] K. Nawaz and M. R. Ally, “Options for low-global-warming-potential and natural refrigerants Part 2: Performance of refrigerants and systemic irreversibilities,”  International Journal of Refrigeration, Vol. 106, No. 8, pp. 213-224, 2019. doi: 10.1016/j.ijrefrig.2019.05.030.
[10] Z. Sun, C. Wang, Y. Liang, H. Sun, S. Liu, and B. Dai, “Theoretical study on a novel CO2 Two-stage compression refrigeration system with parallel compression and solar absorption partial cascade refrigeration system,” Energy Conversion and Management, Vol. 204, No. 5, pp. 1122-1138, 2020, doi: 10.1016/j.enconman.2019.112278.
[11] M. Schulz and D. Kourkoulas, “Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases and repealing Regulation (EC) No 842/2006,” Off. J. Eur. Union, No. 517, 2014.
[12] E. A. Heath, “Amendment to the Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer (Kigali Amendment),” International Legal Materials, Vol. 56, No. 1, pp. 193-205, 2017. doi: 10.1017/ilm.2016.2.
[13] G. Raabe, “Molecular simulation studies on refrigerants past – present – future,” Fluid Phase Equilibria, Vol. 485, pp. 190-198, 2019, doi: 10.1016/j.fluid.2018.12.022.
[14] H. Wang, Z. Lei, X. Zhang, B. Zhou, and J. Peng, “A review of deep learning for renewable energy forecasting,” Energy Conversion and Management.  Vol. 198, No. 15, p.1117-1129, 2019, doi: 10.1016/j.enconman.2019.111799.
[15] M. A. Qyyum, Y. D. Chaniago, W. Ali, K. Qadeer, and M. Lee, “Coal to clean energy: Energy-efficient single-loop mixed-refrigerant-based schemes for the liquefaction of synthetic natural gas,” Journal of Cleaner Production, Vol. 211, No. 20, pp.574-589, 2019, doi: 10.1016/j.jclepro.2018.11.233.
[16] Y. Chen, L. He, Y. Guan, H. Lu, and J. Li, “Life cycle assessment of greenhouse gas emissions and water-energy optimization for shale gas supply chain planning based on multi-level approach: Case study in Barnett, Marcellus, Fayetteville, and Haynesville shales,” Energy conversion and management, Vol. 134, No.15 pp.382-398, 2017, doi:10.1016/j.enconman. 2016 12.019.
[17] J. Lian, Y. Zhang, C. Ma, Y. Yang, and E. Chaima, “A review on recent sizing methodologies of hybrid renewable energy systems,” Energy Conversion and Management, Vol. 199, No. 1, pp.1120-1127, 2019, doi:‌10.1016/j.enconman.2019.112027.
[18] K. Megdouli, N. Ejemni, E. Nahdi, A. Mhimid, and L. Kairouani, “Thermodynamic analysis of a novel ejector expansion transcritical CO2/N2O cascade refrigeration (NEETCR) system for cooling applications at low temperatures,” Energy, Vol. 128, pp. 586–600, 2017, doi: 10.1016/j.energy.2017.04.073.
[19] Sawalha S, Piscopiello S, Karampour M, Manickam L, Rogstam J. Field measurements of supermarket refrigeration systems. Part II: Analysis of HFC refrigeration systems and comparison to CO2 trans-critical. Appl Therm Eng 2017, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.09.073.
[20] Llopis R, Sanz-Kock C, Cabello R, Sánchez D, Nebot-Andrés L, Catalán-Gil J. Effects caused by the internal heat exchanger at the low temperature cycle in a cascade refrigeration plant. Appl Therm Eng 2016. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.04.075.
[21] Megdouli K, Tashtoush BM, Nahdi E, Elakhdar M, Kairouani L,  Mhimid A. Thermodynamic analysis of a novel ejector-cascade refrigeration cycles for freezing process applications and air-conditioning. Int J Refrig 2016, https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2016.06.029.
[22] Cui P, Yu M, Liu Z, Zhu Z, Yang S. Energy, exergy, and economic (3E) analyses and multi-objective optimization of a cascade absorption refrigeration system for low-grade waste heat recovery. Energy Convers Manag 2019. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.01.047.
[23] Liu S, Bai T, Wei Y, Yu J. Performance analysis of a modified ejector-enhanced auto-cascade refrigeration cycle. Energy 2023;265:126334. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.126334.
[24] Faruque, M. W., Uddin, M. R., Salehin, S., & Ehsan, M. M. (2022). A comprehensive thermodynamic assessment of cascade refrigeration system utilizing low GWP hydrocarbon refrigerants. International Journal of Thermofluids15, 100177.
[25] A. N. Ebrahimi, F. P. Rahimian, and M. S. Loron, “Impacts of Climate on Genesis of Vernacular Architecture of Different Parts of Iran: Case Study of Cold and Dry Azerbaijan--Iran,” ALAM CIPTA, Int. J. Sustain. Trop. Des. Res. Pract., Vol. 6, No. 1, pp. 69–82, 2013.
[26] Industrial refrigeration,  Accessed 8 September 2019, https://www.lindegas.com/en/processes/refrigeration_and_air_conditioning/industrial_refrigeration
[27] A. Messineo and D. Panno, “Performance evaluation of cascade refrigeration systems using different refrigerants,” International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 20, No. 03, pp.125-140, 2012, doi: 10.1142/s2010132512500101.
[28] Z. Sun et al., “Comparative analysis of thermodynamic performance of a cascade refrigeration system for refrigerant couples R41/R404A and R23/R404A,”  Applied Energy, Vol. 184, pp. 19-25, No. 15, 2016, doi: 10.1016/j.apenergy.2016.10.014.
 
 

  • تاریخ دریافت 22 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 15 اسفند 1402
  • تاریخ پذیرش 10 اردیبهشت 1403